5.3.1. Технічні характеристики гіпсових в’яжучих

Істинна щільність гіпсових в’яжучих коливається у межах 2,6…2,75 г/см³ і обумовлена їхнім фазовим складом.

Насипна щільність гіпсу становить 800…1100 кг/м³. Тонкість помелу оцінюється залишком на ситі №02 і для гіпсу грубого помелу становить не більше 23 %, середнього – 14 % і тонкого – 2 % (позначається відповідно І, ІІ, ІІІ). Збільшення тонкості помелу зумовлює підвищення пластичності гіпсового тіста, міцності гіпсових виливків, але збільшує водопотребу.

Водопотреба визначається кількістю води, потрібною для приготування тіста стандартної консистенції (діаметр розпливу 180±5 мм), і залежить від виду і співвідношення модифікацій сульфату кальцію. Для отримання тіста нормальної щільності з β- CaSO₄· 0,5H₂O потрібно 50…70 % води, а з модифікації α- CaSO₄· 0,5H₂O – 30…40 %. Теоретично для реакції гідратації потрібно 18,6 % води. Висока водопотреба гіпсових в’яжучих призводить до того, що вироби з них відрізняються підвищеною пористістю (40…60 %), невисокою міцністю.

Строки тужавлення. Гіпсові в’яжучі за строками тужавлення поділяють на такі види: швидкотверднучі (А) – з початком тужавлення не раніше 2 хв і кінцем не пізніше 15 хв, нормальнотверднучі (Б) – з початком тужавлення не раніше 6 хв і кінцем не пізніше 30 хв і повільнотверднучі (В) - з початком тужавлення не раніше 20 хв .

При зниженні температури до 10 ^оС строки тужавлення подовжуються. При підвищенні температури до 40…50 ^оС відмічається скорочення строків тужавлення. При подальшому підвищенні температури строки тужавлення подовжуються, а при Т=90…100 ^оС гіпс не тужавіє взагалі.

Міцнісні характеристики гіпсових в’яжучих визначають випробуванням зразків-балочок розмірами 40×40×160 мм з гіпсового тіста стандартної консистенції через 2 години після виготовлення. Висушування гіпсових виливків до сталої маси збільшує їхню міцність майже у два рази.

Передбачено 12 марок гіпсових в’яжучих – від Г-2 до Г-25, де цифра означає нормовану межу міцності при стиску в МПа. Межа міцності при згині змінюється відповідно від 1,2 до 8 МПа.

Гіпсові вироби мають високу вогнестійкість. Через малу теплопровідність вони повільно прогріваються і руйнуються лише після 6…8 годин нагрівання.

Водостійкість гіпсових виробів є невисокою. Основними шляхами підвищення водостійкості гіпсових виробів є зменшення розчинності гіпсу при введенні добавок; ущільнення гіпсових виливків; просочування або обмазування виробів речовинами, що запобігають проникненню води.

Істотно підвищується водостійкість гіпсу при додаванні вапна 5…25 %, суміші вапна і гідравлічної добавки (трепелу, опоки, шлаку), суміші портландцементу та гідравлічної добавки.

5.3.2. Повітряне будівельне вапно

Повітряне будівельне вапно (ДСТУ Б.В.2.7-90-99) – продукт випалювання не до спікання при температурі 1000…1200 ^оС кальцієво-магнієвих гірських порід (вапняку, крейди, вапняку-черепашнику, доломітизованого вапняку), що містять не більше 6 % глинистих домішок. Високодисперсний кремнезем і глинисті домішки при їхньому обмеженому вмісті 5…7 % і відповідно вибраному режимі випалювання не знижують якість вапна. Домішки гіпсу й піриту не бажані, оскільки сприяють утворенню вапна, яке гаситься повільно.

Основним технологічним процесом при отриманні повітряного вапна є випалювання, при цьому утворюється продукт (грудкове негашене вапно) у вигляді поритих кусків, що активно взаємодіють з водою:

CaCO₃ + 178 кДж = СаО + СО₂.

Продукт випалювання містить, крім головної складової частини, також деяку кількість оксиду магнію, який утворюється в результаті термічної дисоціації:

MgCO₃ = MgО + СО₂.

Для випалювання карбонатної сировини використовуються печі різних конструкцій: шахтні, обертові, з «киплячим шаром», циклонно-вихрові, агломераційні гратки.

Недовипалення чи перевипалення вапна в печі знижує його якість.

Залежно від вмісту оксиду магнію повітряне вапно поділяють на кальцієве (вміст MgО ≤ 5 %), магнезіальне (MgО – 5…20 %) та доломітове (MgО – 20…40 %).

Повітряне вапно поділяють на:

а) негашене грудкове (вапно-кипілка) – продукт випалювання карбонатних порід;

б) негашене мелене – продукт помелу грудкового вапна;

в) гідратне (гашене) вапно – тонкий пухкий порошок, який утворюється при змішуванні грудкового вапна з водою.

Мелене негашене вапно транспортують у герметично закритих металевих контейнерах або мішках. Зберігати мелене вапно можна не більш як 15 діб на сухих складах.

Гашене вапно утворюється за реакцією

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + 63,7 кДж.

Теоретично для гашення вапна потрібно 32,13 % води від маси CaO. Залежно від того, скільки води витрачається для гашення, отримують три різних продукти.

Якщо кількість води становить близько 70 % від маси вапна, отримують вапно-пушонку або гідратне вапно, яке збільшується в об’ємі в 2…3,5 раза порівняно з грудковим вапном, і має насипну густину 400…450 кг/м³.

Якщо кількість води при гашенні досягає 200…250 % від маси вапна, то утворюється пластичне вапняне тісто, що містить 50 % води. При витраті ще більшої кількості води утворюється вапняне молоко.

При змішуванні з водою твердіння гашеного вапна пов’язане з двома процесами: кристалізацією гідроксиду кальцію Ca(OH)₂ при висиханні вапняних розчинів та наступною його карбонізацією:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂,

Ca(OH)₂ + СО₂ + nH₂O = СаСО₃ + (n + 1) · H₂O.

Утворений карбонат кальцію СаСО₃ зростається з кристалами Ca(OH)₂ й зміцнює вапняний розчин та підвищує його водостійкість. Щоб прискорити твердіння, до вапна додають цемент і гіпс, піддають вироби штучній карбонізації.

Технічні характеристики будівельного вапна оцінюються визначенням активності, тонкості помелу, швидкості гашення, водопотреби, строків тужавлення, міцності при стиску.

Істинна щільність негашеного вапна – 3,1…3,3 г/см³, а гашеного у кристалічному стані Ca(OH)₂ – 2,23 г/см³. Насипна щільність грудкового вапна – 1600…2600 кг/м³ , а меленого негашеного вапна – 900…1100 кг/м³ , гідратного (гашеного) вапна – 400…500 кг/м³ , а вапняного тіста – 1300…1400 кг/м³ .

За вимогами стандарту сорт будівельного повітряного вапна визначається залежно від його активності, що оцінюється за вмістом активних оксидів (СаО+MgO), який становить не менше 70…90 %.

Повітряне вапно характеризується пластичністю, пов’язаною з його високою водоутримувальною здатністю, внаслідок чого вапняні розчини мають високу легкоукладальність, рівномірно розподіляються тонким шаром на поверхні цегли або бетону, добре зчіплюються з ними.

Строки тужавлення. Будівельні розчини на основі гашеного вапна тужавіють дуже повільно (протягом 5…7 діб), причому цей процес прискорюється при сушінні.

Будівельні розчини й бетони на основі меленого негашеного вапна швидко тужавіють і тверднуть (через 15…60 хв після замішування), причому водовапняне відношення звичайно становить 0,9…1,5. Розчини й бетони, здатні до самонагрівання під час гідратації, доцільно використовувати при проведенні робіт у зимовий період (штукатурення, мурування, бетонування тощо).

Міцність будівельних розчинів і бетонів на основі повітряного будівельного вапна залежить від умов його твердіння. Будівельні розчини на основі гашеного вапна повільно тверднуть при звичайних температурах (10…20 ^оС) і через місяць набувають невеликої міцності (0,5…1,5 МПа). Твердіння розчинів на основі негашеного вапна в повітряних умовах через 28 діб сприяє отриманню каменю міцністю 2…3 МПа. Автоклав не твердіння щільних вапняно-піщаних бетонів дозволяє отримати камінь міцністю 30…40 МПа і вище.

Повітряне вапно використовують для приготування мурувальних розчинів, а також для виготовлення штучних бетонних виробів, силікатної цегли та інших вапняно-піщаних виробів автоклавного твердіння, фарбових сумішей.